[科普中国]-先进微处理机程序设计语言

就是用于工业自动化控制水平高的单片机，或是单板机。可以被编译成可执行文件，并且编译后具有一定的功能的即是先进微处理机程序设计语言。

英特尔iAPX一432一面向Ada语言32位微处理机微处理机一代比一代更完善更先进。但开发微处理机新应用所花费的时间和资金也逐代升级，即使最熟练的系统设计人员及程序设计人员，也不能在短期内达到目的。研制成一种微型计算机系统，它与一往的系统比较，更适于复杂的、软件集中的应用，而且所花费的时间要短得多，成本也低得多。在这项称作“Aloha规划”的研制项目中，几乎采用 了全部的计算机新技术，并为此开发出一种新的半导体工艺—高性能MOS(HMOS)工艺，一种外引线数目更多的新封装---四列直插式封装(QUIP)，以及历史上集成规模最大的三个集成电路芯片。

该规划所获得的最突出成就是研制成功32位微处理机iAPX一432。该机具有的新型体系结构，新型操作系统(iMAX)及第一个Ada语言编译程序(Ada语言是美国国防部一种新的标准的程序设计语言)。这是第一个32位微处理机，是为多用户应用专门设计的，它由两个通用数据处理机(GDp)芯片组成，是计算机技术发展的一个重要里程碑。与GDP配套的还有一个单芯片接口处理机(Ip)。它设计得适合于以未来的事务信息处理设备及分布数据处理系统为代表的协同、多功能型应用，同类系统也可用于计算机辅助设计和工厂自动化。1

协同多功能应用具有四个重要的共同特性：第一，它们属于规模大，领域面广，要求有大型主机的计算功能；其次，它们是软件集中的应用(Softwae一intensive)，每个独立的功能或机能均需要大量的程序设计工作；第三，考虑到这些应用可能随时间而有所变动，因而设计中也考虑到未来加强软件及逐级提高性能的可能性，最后，它们多应用在计算机系统的故障会严重影响到人的生命安危或者会造成重大经济后果的一些场合，因此硬件及软件两者的长期可靠性是特别重要的。

432的主要设计目标就是针对协同多功能应用的特点提出的。就功能与性能而言，所要求的计算能力包括支持多道程序运行及虚拟操作系统，因此，最后构成的系统的最终性能必须有中型主机的性能。此外，设计中还决定增加延长使用期限所需要的性能增量能力，即通过直接插入附加的GDP及IP的方法来提高原有432系统的计算能力。这就能在使用期限之内长期适应计算能力的有计划甚至计划之外的任意提高。以Ada作432的本机语言(native tougue)，为模块化软件的开发提供了综合性方法，从而实现了提高程序设计人员生产率的目标。最后，为保证硬件及软件的高度可靠性，432中还具有广泛的硬件故障检测机构和软件保护机构。1

高性能微处理机的结构第二代微处理机(N沟)开始向高性能方向发展，也就是在结构上采用大中型机的一些先进技术，象并行处理与流水线等。微处理机典型结构有三部分：控制部分、处理部分、数据通路。代表机器有8080，PACE和6800。这些机器的指令执行时间大致在2至10微秒。与小型计算机相比，微处理机速度只有五分之一。部分地由于微处理机采用速度较慢的MOS工艺，而很大程度上是因其内部结构，例如，处理机与其存贮器之间的速度不匹配。存贮器速度的不匹配性中的第三种情况兼用了并行操作及流水线方式，使存贮器利用率大为提高。用微程序设计产生专用指令系统，把微处理机结构划分成可扩展的一套元件，这些都是提高微处理机性能的方法。2

用户微程序设计就是用户可自己进行微程序设计。用得较少，有两个原因。第一是，大量使用的还仍然是廉价的具有简单的通用指令系统的单片微秒理机，这类微处理机尚能满足许多应用场合。第二是，用户微程序设计从经济上来说仍然花费太大，所以只用于少数地方。出现了一些多片式微处理机，有助于用户微程序设计的进一步推广。另外，从软件这方面说，在用户微程序设计方面也尚缺乏合适的研制工具。2

专用指令采用微程序设计后，指令可以通过剪裁来适应各种需要。与用通用指令进行程序设计相比，专用指令有着非常显著的优点。例如，在FACE微处理机上，对成块数据进行传送，每个字只用8个微周期。同样的操作，用通用指令系统(如IMP一16微处理机上)则每个字需要27个微周期。

专用指令的性能是在这样一种条件下得出的：微处理机中仅有 一种基本控制结构固定不变的微程序元件。有些应用场合，要求有更大的灵活性，这就需要控制元件是可扩充的。象3000系列中的3001、3002，它们可以任意级连，还可以有其他的各种控制结构。例如，在微指令存贮器输出口加接流水线寄存器，可对微指令进行限定形式的预取操作。

对于高性能应用，仅用一种微处理机是不可能满足要求的。大规模集成电路的复杂性损失了器件的灵活性。为了构成真正可变的控制结构，就需要更多的界于中规模与大规模之间的构块。但困难在于怎样进行恰当的功能划分，以使划分成的构块处处用得上。程序逻辑阵列(PLA)至少是向这个方向跨出了第一步。把PLA与门锁触发器、寄存器结合使用，就可构成微处理机控制部分的时序逻辑电路。许多大规模集成微处理机都用PLA作控制部分，另一 些则用PLA在微指令存贮器ROM的输入口作指令变换。2

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何星 - 副教授 - 上海交通大学